高中粤教版 (2019)第五章 原子与原子核第五节 裂变和聚变课时作业

5.5裂变和聚变基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．下列关于原子和原子核的说法中，正确的是（　　）

A．原子的质量全部集中在原子核内

B．重核裂变会释放光子，所以裂变反应前后不满足能量守恒定律

C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，放出光子，能量增加

D．放射性元素衰变时产生的α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强

2．秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座核电站。一种典型的铀核裂变反应为，下列判断正确的是（　　）

A．，X是粒子 B．，X是质子

C．，X是中子 D．，X是电子

3．下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（　　）

①②

③④

A．①② B．②③ C．②④ D．③④

4．下列核反应方程中，属于裂变的是

A． B．

C． D．

5．太阳在“核燃烧”的过程中放出大量能量下列核反应方程中，属于太阳能量来源的核反应方程是（　　）

A． B．

C． D．

6．有关原子核反应的典型方程，下列说法正确的是（　　）

A．卢瑟福发现质子的核反应方程是

B．查德威克发现中子的核反应方程是

C．居里夫妇发现人工放射性同位素的方程是

D．铀核的典型裂变方程是

7．在下列四个方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子． 以下判断中正确的是（ ）

① ② x2

③x3                                                  ④ x4

A．x1是电子 B．x2是质子

C．x3是α粒子 D．x 4是氘核

8．下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（　　）

①U→Th＋X

②H＋H→He＋Y

③Be＋H→B＋K

④U＋n→Sr＋Xe＋10M

A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子

B．核反应方程②是轻核聚变，Y是中子

C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变的一种，K是中子

D．核反应方程④是衰变方程，M是中子

9．关于下列四幅图说法正确的是：（     ）

     ①放射线监测金属板厚度                      ②核反应堆原理图

       ③康普顿效应示意图                           ④电子束通过铝箔时的衍射图样

A．图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素

B．图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速

C．图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大

D．图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显

10．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（　　）

A．汤姆孙认为阴极射线的本质是电子，并精确测量出电子的电量

B．方程式是重核裂变反应方程

C．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度，防止反应过于剧烈

D．卢瑟福用粒子散射实验证明了原子核内存在中子

11．下列关于原子核的叙述正确的是（       ）

A．阴极射线表明原子核内部有电子

B．轻核聚变反应方程：，其中x表示电子

C．轻核聚变和重核裂变过程中都有质量亏损，都向外界放出热量

D．方程式是重核裂变反应方程

12．有关近代物理知识，下列说法正确的是（　　）

A．碘131的半衰期大约为8天，1g碘131经过64天后，未衰变的大约为

B．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定

C．铀235的裂变方程可能为92235U→55137Cs+3788Rb+1001n

D．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定大于吸收光子的频率

13．2021年1月11日，“华龙一号”示范工程——中核集团福清核电6号机组完成冷态性能试验，“华龙一号”是我国具有完全自主知识产权的三代核电技术。在现在的商用反应堆中，核燃料为铀。真空中一个静止的铀原子核经一次衰变后变成一个新核钍核，衰变方程为，若的半衰期为，下列说法正确的是（　　）

A．该方程中，衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能

B．衰变为的过程中，要经过6次衰变和8次衰变

C．衰变前核的质量等于衰变后核的质量与粒子的质量之和

D．经过的时间，20个核中有15个已经发生了衰变

14．一个质子和一个中子发生核反应结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　   ）

A．该反应中的质量亏损Δm＝m3－（m1＋m2）

B．辐射出的γ光子的动量p＝（m3－m1－m2）c

C．γ光子的波长λ＝

D．核反应方程是 H＋ n→ H＋γ

15．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应说法正确的是（       ）

A．目前核潜艇是利用轻核聚变提供动力

B．重核裂变反应前后一定有质量亏损

C．式中d=3

D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小

二、填空题（共4题）

16．氘核（）和氚核（）结合成氦核（）的核反应方程如下：＋17.6MeV

(1)这个核反应称为___________。

(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文。式中17.6MeV是核反应中___________（选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量___________（选填“增加”或“减少”）了___________kg（保留一位有效数字）。

17．核聚变与核裂变的比较

（1）优点：①轻核聚变产能________；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量________；③轻核聚变更为安全、清洁。

（2）缺点：核聚变需要的温度太________，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。

解决方案：________约束和________约束。

18．关于近代物理，下列说法正确的是（）

19．核电站：利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：

（1）燃料：________。

（2）慢化剂：________、________和普通水（也叫轻水）。

（3）控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收________的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入________一些，让它多吸收一些________，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作________。

三、综合题（共4题）

20．已知氘核质量为，中子质量为核的质量为两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子。（质量亏损为1u时，释放的能量为除了计算质量亏损外的质量可以认为是中子的3倍)

(1)写出该核反应的反应方程式；

(2)该核反应释放的核能是多少。

21．H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u．则：

一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？

22．托卡马克(Tokamak)是一.种复杂的环形装置，结构如图甲所示．环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外排列着环向场线圈和极向场线圈，其中欧姆线圈的作用一是给等离子体加热以达到核聚变所需的临界温度；二是产生感应电场用以等离子体加速．同时，极向场线圈通电后提供的极向磁场与环向场线圈通电后提供的环向磁场将高温等离子体约束在真空室内，促使核聚变的进行．如图乙所示为环形真空室简化图，其内径为R1=2 m、外径为R2=5 m，S和S'为其截面关于中心对称．假设约束的核聚变材料只有氘核()和氚核()，且不考虑核子间的相互作用，中子和质子的质量差异以及速度对核子质量的影响，核子一旦接触环形真空室壁即被吸收导走．(已知质子的电荷量为 C；质子和中子质量均为 kg)．试回答：

(1)氘核()和氚核()结合成氢核()时，要放出某种粒子，同时释放出能量，写出上述核反应方程；

(2)欧姆线圈中，通以恒定电流时，等离子体能否发生核聚变(“能”或“不能”)，并简要说明判断理由；

(3)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场为多大时，从垂直于S截面速度同为的氘核()能够全部通过S'截面；

(4)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场在某一范围内变化时，垂直于S截面速度同为的氘核()和氚核()能够在S'截面要有重叠，求磁感应强度B的取值范围．

23．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．

（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．

（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．

参考答案：

1．D

2．C

3．A

4．D

5．D

6．C

7．C

8．B

9．C

10．B

11．C

12．A

13．A

14．D

15．B

16．     核聚变     放出     减少     3×10-29

17．     效率高     丰富     高     磁     惯性

18．ABE

19．     反应堆     铀棒     石墨     重水     中子     深     中子     控制棒

20．(1)；(2)

21．放出能量     

22．(1)；(2)不能；(3)；(4)

23．（1）（2）17.6MeV